mercoledì 16 settembre 2015

PRINCIPIO D'INERZIA SISTEMI INERZIALI E NON INERZIALI - FORZE APPARENTI SISTEMI DI RIFERIMENTO


Perchè un corpo si muove?
Un corpo si muove solo se su di esso agiscono delle forze?

La risposta è NO!

I LEGGE DELLA DINAMICA O PRINCIPIO D'INERZIA: Un corpo permane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme se su di esso non agiscono forze esterne. (ossia la risultante delle forze applicate è nulla)




 
Nel seguente video si mostra un esperimento che si spiega con la prima legge della dinamica:




L'INERZIA è la tendenza dei corpi a mantenere il proprio stato di moto. La grandezza fisica che esprime l'inerzia è la massa del corpo. 
L'inerzia del corpo si presenta quando si sposta un corpo inizialmente fermo, quando si  cambia la sua velocità o nel cambiare la sua direzione di moto.
Il seguente video spiega cos'è l'inerzia:


Se si elimina l'attrito si riesce a dimostrare la validità del principio. Il seguente video mostra un esperimento :

Il modo migliore per capire il primo principio è osservare quello che avviene nello spazio in assenza di gravità . Segue scena tratta dal film Gravity :

 
   
ESEMPIO: un razzo spaziale riceve una spinta dai suoi motori per uscire dalla gravità terrestre e raggiungere una determinata velocità. Dopo sgancia i razzi e continua a muoversi di moto rettilineo uniforme senza bisogno di "carburante".

Un sistema di riferimento si dice inerziale se rispetto ad esso valgono le leggi della dinamica. 
Aldo è in un treno che viaggia a velocità con moto rettilineo uniforme. Ha  un vassoio con un cubetto di ghiaccio fermo. Per Aldo il cubetto è fermo perche su di esso non agiscono forze. Gianni è fermo a terra e vede il cubetto continuare a muoversi di moto rettilineo uniforme con la velocità del treno. Anche per lui vale il Principio d'Inerzia perchè sul cubetto non agiscono forze e continua a mantenere il suo stato di moto. Entrambi si trovano in sistemi di riferimento inerziali.

In caso contrario il sistema è detto NON INERZIALE. 

I sistemi di riferimento inerziali si muovono di moto RETTILINEO UNIFORME uno rispetto all'altro. 

I sistemi NON inerziali sono ACCELERATI ( vuol dire che accelerano, decelerano o percorrono traiettorie curvilinee)

Un esempio di sistema inerziale è  il treno o l'aereo quando si muove di moto rettilineo uniforme. Infatti in queste situazioni vale il PRINCIPIO D'INERZIA (un corpo fermo continua a rimanere fermo). In  fase di frenata o nella partenza non sono inerziali. Infatti i corpi fermi posti nel treno e liberi di muoversi (in assenza di attrito o di altre forze) iniziano a muoversi senza che ad essi siano applicate delle forze. 
 
LA TERRA E' UN SISTEMA INERZIALE?
La TERRA è con buona approssimazione un sistema inerziale per gli esperimenti eseguiti in laboratorio anche se sono comunque presenti delle forze dette apparenti dovute alla rotazione intorno al proprio asse e intorno al Sole (Forza di Coriolis). Queste forze generalmente non influiscono nello studio del fenomeno.

L'osservatore del sistema non inerziale misura delle forze dette FORZE APPARENTI. Sono dette così perchè non sono reali e l'osservatore non inerziale le introduce per giustificare il cambio di stato dei corpi.
Sono forze apparenti la FORZA D'INERZIA e la FORZA CENTRIFUGA. 





PER I SISTEMI INERZIALI VALE IL PRINCIPIO DI RELATIVITA' GALILEIANA: I sistemi inerziali sono tutti EQUIVALENTI. Le leggi della fisica sono identiche se studiati in due sistemi inerziali diversi. (NB: questo è importantissimo. Se non valesse non avrebbe nessun senso studiare la fisica perchè ogni sistema avrebbe una sua "fisica").
E' quindi impossibile evidenziare lo stato di moto del proprio sistema inerziale con esperimenti di meccanica. Questo spiega il perchè non ci accorgiamo del moto del nostro pianeta Terra nonostante si muova di una velocità media di 30Km/s=108000Km/h

Principio di relatività galileiano
• Le leggi della dinamica sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento inerziali.
• Tutti i sistemi di riferimento inerziali sono equivalenti. Non esiste un sistema di riferimento privilegiato. 


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